JP2006005132A - Semiconductor device and method of manufacturing same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To raise the withstanding voltage of a protective circuit for semiconductor devices and improve the degree of design freedom of the withstanding voltage. <P>SOLUTION: A protective circuit formed to deal with a gate electrode 4 has a gate oxide film composed of a laminate oxide film (a gate oxide film 3 and a gate oxide film 16) on an n-type semiconductor substrate 1. The gate oxide films 3, 16 have respectively optimized thicknesses for realizing a protective circuit having a high withstanding voltage of nearly a target value. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に係り、特に所望の耐圧特性を示す保護回路を実現する技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device, and more particularly to a technique for realizing a protection circuit exhibiting desired withstand voltage characteristics.

近年、半導体集積回路装置の高集積化、小型化に伴って、外部からの高電圧あるいは静電気による破壊を防ぐ保護回路の重要性がますます増加している。   In recent years, with the high integration and miniaturization of semiconductor integrated circuit devices, the importance of protection circuits that prevent external damage due to high voltage or static electricity is increasing.

また、半導体集積回路は微細化に伴い、その動作電圧が低電圧化され、ゲート酸化膜の膜厚も薄膜化されている。それに伴い保護回路の設計パラメータも制限を受けるようになってきている。所望の保護回路動作電圧を得るためには、MOS型保護回路の耐圧を決定しているソース・ドレイン領域の濃度プロファイルの最適化やゲート絶縁膜の膜厚の最適化が必要となる。   In addition, with the miniaturization of semiconductor integrated circuits, the operating voltage is lowered and the thickness of the gate oxide film is also reduced. Along with this, the design parameters of the protection circuit are also limited. In order to obtain a desired protection circuit operating voltage, it is necessary to optimize the concentration profile of the source / drain region, which determines the breakdown voltage of the MOS type protection circuit, and the film thickness of the gate insulating film.

しかしながら、保護回路動作電圧の最適化のための拡散条件を採用すると、保護回路専用の拡散条件導入による工程数増加という問題を有している。   However, when the diffusion condition for optimizing the protection circuit operating voltage is adopted, there is a problem that the number of processes increases due to the introduction of the diffusion condition dedicated to the protection circuit.

そこで、現在、半導体集積回路で使用している拡散条件を保護回路にそのまま転用するという技術が提案されている。   Therefore, a technique has been proposed in which a diffusion condition currently used in a semiconductor integrated circuit is directly transferred to a protection circuit.

以下、図4を参照しながら、従来法による半導体装置の保護回路を形成する方法について説明する。なお、本従来法では高耐圧仕様の半導体装置について説明することにする。   Hereinafter, a method of forming a protection circuit for a semiconductor device according to a conventional method will be described with reference to FIG. In this conventional method, a semiconductor device with a high breakdown voltage specification will be described.

図4において、1はn型半導体基板、2はp型ウエル、3はゲート酸化膜、4はゲート電極、5はポリシリコン酸化膜、6はシリコン酸化膜、7はn+型拡散領域、8はn++型拡散領域、9は層間絶縁CVD(Chemical Vapor Deposition )膜、10はBPSG(Boron-Phospho Silicated Glass)膜、11は密着層、12はタングステン埋め込み層、13はアルミニウム配線、14はコンタクト窓、15は保護膜である。   In FIG. 4, 1 is an n-type semiconductor substrate, 2 is a p-type well, 3 is a gate oxide film, 4 is a gate electrode, 5 is a polysilicon oxide film, 6 is a silicon oxide film, 7 is an n + -type diffusion region, 8 Is an n ++ type diffusion region, 9 is an interlayer insulating CVD (Chemical Vapor Deposition) film, 10 is a BPSG (Boron-Phospho Silicated Glass) film, 11 is an adhesion layer, 12 is a tungsten buried layer, 13 is an aluminum wiring, 14 is A contact window 15 is a protective film.

n型半導体基板1の基板濃度は1014〜1015cm−3であり、n型半導体基板1中に1015〜1016cm−3の濃度のp型ウエル2を形成する。そのn型半導体基板1全面に熱酸化法で成長されたゲート酸化膜3が形成されている。本従来法の保護回路は、高耐圧仕様であるので、ゲート酸化膜3は約30nmと厚い膜厚を採用している。ゲート酸化膜3上にはポリシリコンから成るゲート電極4が形成される。ポリシリコンゲート電極は、約1020cm−3のリンがドーピングされており、電気的に低抵抗な材料となっている。 The substrate concentration of the n-type semiconductor substrate 1 is 10 14 to 10 15 cm −3 , and the p-type well 2 having a concentration of 10 15 to 10 16 cm −3 is formed in the n-type semiconductor substrate 1. A gate oxide film 3 grown by a thermal oxidation method is formed on the entire surface of the n-type semiconductor substrate 1. Since the protection circuit of this conventional method has a high breakdown voltage specification, the gate oxide film 3 has a thickness as thick as about 30 nm. A gate electrode 4 made of polysilicon is formed on the gate oxide film 3. The polysilicon gate electrode is doped with about 10 20 cm −3 of phosphorus and is an electrically low-resistance material.

本従来法による半導体装置は、高耐圧仕様であるためゲート電極4のゲート長Lは5μmと大きく、また十分な耐サージ特性を確保するためゲート幅Wは300μmとなっている。次に、ゲート電極4形成後の熱酸化法により、ポリシリコン表面、半導体基板表面に各々ポリシリコン酸化膜5とシリコン酸化膜6が形成される。ポリシリコン酸化膜5の膜厚は約40nmである。また、シリコン酸化膜6はゲート酸化膜3の膜厚との積層となるため、約40nmの膜厚となる。   Since the semiconductor device according to the conventional method has a high breakdown voltage specification, the gate length L of the gate electrode 4 is as large as 5 μm, and the gate width W is 300 μm to ensure sufficient surge resistance. Next, a polysilicon oxide film 5 and a silicon oxide film 6 are respectively formed on the polysilicon surface and the semiconductor substrate surface by thermal oxidation after the formation of the gate electrode 4. The thickness of the polysilicon oxide film 5 is about 40 nm. Further, since the silicon oxide film 6 is laminated with the film thickness of the gate oxide film 3, the film thickness is about 40 nm.

ポリシリコン酸化膜5およびシリコン酸化膜6上には層間絶縁CVD膜9が成長される。その膜厚は約50nmであって、CVD膜であるため良好なステップカバレッジを示し、耐圧の弱いウィークスポットを消失させている。また、その上層にはBPSG膜10が形成され、半導体装置の平坦化と配線と半導体基板間の絶縁を行っている。   An interlayer insulating CVD film 9 is grown on the polysilicon oxide film 5 and the silicon oxide film 6. The film thickness is about 50 nm, and since it is a CVD film, it shows good step coverage and a weak spot with a weak withstand voltage disappears. Further, a BPSG film 10 is formed on the upper layer, and planarization of the semiconductor device and insulation between the wiring and the semiconductor substrate are performed.

ゲートの両端には、ソース・ドレイン領域となるn++型拡散領域8がp型ウエル2中に形成されている。その濃度は1020cm−3と高濃度である。このn++型拡散領域8が非常に高濃度であるため、p型ウエル2と直接接合させると、低い逆方向電圧しか得られない。そこで、濃度の低いn+型拡散領域7を高濃度n++型拡散領域8の周囲に位置させることにより、p型ウエル2間との耐圧を確保している。 At the both ends of the gate, n ++ type diffusion regions 8 serving as source / drain regions are formed in the p type well 2. The concentration is as high as 10 20 cm −3 . Since this n ++ type diffusion region 8 has a very high concentration, only a low reverse voltage can be obtained when it is directly joined to the p type well 2. Thus, the breakdown voltage between the p-type well 2 is ensured by positioning the n + -type diffusion region 7 having a low concentration around the high-concentration n ++ type diffusion region 8.

また、このn+型拡散領域8は、ソース・ドレイン領域となるため、ゲート電極4とは約0.3μmオーバーラップしている。そのn++型拡散領域8上には密着層11,タングステン埋め込み層12,アルミニウム配線13がコンタクト窓14を介して接続されている。最後にCVD膜からなる保護膜15が約500nm形成されている。   Further, since the n + -type diffusion region 8 becomes a source / drain region, it overlaps with the gate electrode 4 by about 0.3 μm. An adhesion layer 11, a tungsten buried layer 12, and an aluminum wiring 13 are connected to the n ++ type diffusion region 8 through a contact window 14. Finally, a protective film 15 made of a CVD film is formed with a thickness of about 500 nm.

以上のような構造から、従来法による半導体装置の保護回路は構成されている。   From the above structure, a protection circuit for a semiconductor device according to the conventional method is configured.

また、半導体装置のゲート絶縁膜自体の耐圧を向上させる手法として、特許文献1には、シリコン熱酸化膜上にCVD酸化膜を堆積してシリコン熱酸化膜中のウィークスポットを埋め込むことにより、積層膜自体の耐圧を向上させるという手法が提案されている。
特開平9−326487号公報
In addition, as a technique for improving the breakdown voltage of the gate insulating film itself of a semiconductor device, Patent Document 1 discloses that a CVD oxide film is deposited on a silicon thermal oxide film and a weak spot is embedded in the silicon thermal oxide film, thereby stacking layers. A technique for improving the breakdown voltage of the film itself has been proposed.
JP 9-326487 A

しかしながら、従来方法では、保護回路の耐圧を決定する拡散パラメータ(ゲート酸化膜膜厚,n+型拡散領域不純物濃度,p型ウエル不純物濃度)は、半導体装置の内部デバイス特性を向上させるように決定されているため、理想とする保護回路特性を実現することが困難であった。   However, in the conventional method, the diffusion parameters (gate oxide film thickness, n + -type diffusion region impurity concentration, p-type well impurity concentration) that determine the breakdown voltage of the protection circuit are determined so as to improve the internal device characteristics of the semiconductor device. Therefore, it has been difficult to realize ideal protection circuit characteristics.

本発明は、前記従来の技術に鑑み、大幅な拡散工程の増加を行うことなく、理想的な特性をもつ保護回路特性を実現することを可能にする半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device capable of realizing protection circuit characteristics having ideal characteristics without significantly increasing the diffusion process in view of the conventional technique. For the purpose.

前記課題を解決するため、本発明の半導体装置の製造方法は、MOS型トランジスタを有する保護回路を備えた半導体装置の製造方法であって、MOS型トランジスタを製造する工程において、一導電型の半導体基板上に第1の酸化膜を形成する工程と、第1の酸化膜の所定領域以外の第1の酸化膜を除去する工程と、所定領域を含む半導体基板上に第2の酸化膜を形成する工程と、所定領域の第1の酸化膜および第2の酸化膜上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極を挟む両側の半導体基板内に逆導電型の拡散層を形成する工程とを有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having a protection circuit having a MOS type transistor. Forming a first oxide film on the substrate; removing a first oxide film other than a predetermined region of the first oxide film; and forming a second oxide film on the semiconductor substrate including the predetermined region A step of forming a gate electrode on the first oxide film and the second oxide film in a predetermined region, and a step of forming a reverse conductivity type diffusion layer in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. It is characterized by having.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、MOS型トランジスタを有する保護回路を備えた半導体装置の製造方法であって、MOS型トランジスタを製造する工程において、一導電型の半導体基板上に第1の酸化膜を形成する工程と、第1の酸化膜の所定領域以外の第1の酸化膜を除去する工程と、所定領域を含む半導体基板上に第2の酸化膜を形成する工程と、所定領域の第2の酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、シリコン窒化膜上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極を挟む両側の半導体基板内に逆導電型の拡散層を形成する工程とを有することを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including a protection circuit having a MOS transistor. In the process for manufacturing a MOS transistor, the first method is provided on a semiconductor substrate of one conductivity type. Forming a first oxide film, removing a first oxide film other than a predetermined region of the first oxide film, forming a second oxide film on a semiconductor substrate including the predetermined region, and a predetermined Forming a silicon nitride film on the second oxide film in the region; forming a gate electrode on the silicon nitride film; and forming a diffusion layer of opposite conductivity type in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode And a process.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、MOS型トランジスタを有する保護回路を備えた半導体装置の製造方法であって、MOS型トランジスタを製造する工程において、一導電型の半導体基板上に第1の酸化膜を形成する工程と、第1の酸化膜の所定領域以外の第1の酸化膜を除去する工程と、所定領域を含む半導体基板上に第2の酸化膜を形成する工程と、所定領域の第2の酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、シリコン窒化膜上に第3の酸化膜を形成する工程と、第3の酸化膜上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極を挟む両側の半導体基板内に逆導電型の拡散層を形成する工程とを有することを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including a protection circuit having a MOS transistor. In the process for manufacturing a MOS transistor, the first method is provided on a semiconductor substrate of one conductivity type. Forming a first oxide film, removing a first oxide film other than a predetermined region of the first oxide film, forming a second oxide film on a semiconductor substrate including the predetermined region, and a predetermined Forming a silicon nitride film on the second oxide film in the region; forming a third oxide film on the silicon nitride film; forming a gate electrode on the third oxide film; And a step of forming a reverse conductivity type diffusion layer in the semiconductor substrate on both sides of the electrode.

また、本発明の半導体装置は、MOS型トランジスタを有する保護回路を備えた半導体装置であって、MOS型トランジスタは、一導電型の半導体基板と、半導体基板上の所定領域に形成された第1の酸化膜と、所定領域を含む半導体基板上に形成された第2の酸化膜と、所定領域の第1の酸化膜および第2の酸化膜上に形成されたゲート電極と、ゲート電極を挟む両側の半導体基板内に形成される逆導電型の拡散層とを有することを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a protection circuit having a MOS transistor, the MOS transistor being a first substrate formed in a predetermined region on a semiconductor substrate of one conductivity type. An oxide film, a second oxide film formed on a semiconductor substrate including a predetermined region, a first oxide film in a predetermined region and a gate electrode formed on the second oxide film, and sandwiching the gate electrode And a reverse conductivity type diffusion layer formed in the semiconductor substrate on both sides.

また、本発明の半導体装置は、MOS型トランジスタを有する保護回路を備えた半導体装置であって、MOS型トランジスタは、一導電型の半導体基板と、半導体基板上の所定領域に形成された第1の酸化膜と、所定領域を含む半導体基板上に形成された第2の酸化膜と、所定領域の第2の酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜と、シリコン窒化膜上に形成されたゲート電極と、ゲート電極を挟む両側の半導体基板内に形成される逆導電型の拡散層とを有することを特徴とする半導体装置。   According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a protection circuit having a MOS transistor, the MOS transistor being a first substrate formed in a predetermined region on a semiconductor substrate of one conductivity type. An oxide film, a second oxide film formed on a semiconductor substrate including a predetermined region, a silicon nitride film formed on the second oxide film in the predetermined region, and a gate formed on the silicon nitride film A semiconductor device comprising: an electrode; and a reverse conductivity type diffusion layer formed in a semiconductor substrate on both sides of the gate electrode.

また、本発明の半導体装置は、MOS型トランジスタを有する保護回路を備えた半導体装置であって、MOS型トランジスタは、一導電型の半導体基板と、半導体基板上の所定領域に形成された第1の酸化膜と、所定領域を含む半導体基板上に形成された第2の酸化膜と、所定領域の第2の酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜と、シリコン窒化膜上に形成された第3の酸化膜と、第3の酸化膜上に形成されたゲート電極と、ゲート電極を挟む両側の半導体基板内に形成される逆導電型の拡散層とを有することを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a protection circuit having a MOS transistor, the MOS transistor being a first substrate formed in a predetermined region on a semiconductor substrate of one conductivity type. An oxide film, a second oxide film formed on the semiconductor substrate including the predetermined region, a silicon nitride film formed on the second oxide film in the predetermined region, and a second oxide film formed on the silicon nitride film 3, a gate electrode formed on the third oxide film, and a reverse conductivity type diffusion layer formed in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode.

前記のように本発明に係る半導体装置は、保護回路のゲート酸化膜を2層以上の積層酸化膜を有しており、保護回路以外のゲート酸化膜厚よりも厚くなるように形成することを特徴とする。   As described above, in the semiconductor device according to the present invention, the gate oxide film of the protection circuit has two or more stacked oxide films, and is formed to be thicker than the gate oxide film thickness other than the protection circuit. Features.

本発明に係る半導体装置によれば、半導体装置の内部セル設計に関係なく、理想的な耐圧特性を示す保護回路を実現することができる。   According to the semiconductor device of the present invention, it is possible to realize a protection circuit exhibiting ideal withstand voltage characteristics regardless of the internal cell design of the semiconductor device.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、図4にて説明した部材に対応する部材には同一符号を付して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, members corresponding to the members described in FIG.

(実施形態1)
図1は本発明の実施形態1を説明するための半導体装置の断面図であって、本実施形態では高耐圧仕様の半導体装置について説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device for explaining the first embodiment of the present invention. In this embodiment, a semiconductor device with a high breakdown voltage specification will be explained.

図1において、1はn型半導体基板、2はp型ウエル、3はゲート酸化膜、4はゲート電極、5はポリシリコン酸化膜、6はシリコン酸化膜、7はn+型拡散領域、8はn++型拡散領域、9は層間絶縁CVD膜、10はBPSG膜、11は密着層、12はタングステン埋め込み層、13はアルミニウム配線、14はコンタクト窓、15は保護膜、16はゲート酸化膜である。   In FIG. 1, 1 is an n-type semiconductor substrate, 2 is a p-type well, 3 is a gate oxide film, 4 is a gate electrode, 5 is a polysilicon oxide film, 6 is a silicon oxide film, 7 is an n + -type diffusion region, 8 Is an n ++ type diffusion region, 9 is an interlayer insulating CVD film, 10 is a BPSG film, 11 is an adhesion layer, 12 is a tungsten buried layer, 13 is an aluminum wiring, 14 is a contact window, 15 is a protective film, 16 is a gate oxide It is a membrane.

図4にて説明した従来例と同様に、n型半導体基板1中にp型ウエル2を形成する。次に、n型半導体基板1の全表面上に熱酸化膜20nmを形成する。この酸化膜は半導体装置の内部デバイスの拡散層を形成するために、保護酸化膜として形成されたものである。   Similar to the conventional example described with reference to FIG. 4, a p-type well 2 is formed in an n-type semiconductor substrate 1. Next, a thermal oxide film 20 nm is formed on the entire surface of the n-type semiconductor substrate 1. This oxide film is formed as a protective oxide film in order to form the diffusion layer of the internal device of the semiconductor device.

その後、前記酸化膜は、保護回路のゲート絶縁膜となる領域がレジストによりマスキングされた後、酸化膜エッチングで除去される。最終的には、保護回路のゲート絶縁膜3の領域にゲート酸化膜16として残ることになる。その上層に改めてゲート酸化膜3を30nm成長することにより、ゲート酸化膜3は積層となり、その膜厚は45nmとなる。この積層構造により、45nmという厚い膜厚を有するゲート酸化膜の実現が可能となる。以降、従来と同様に、ゲート電極4などを加工し、拡散層,層間絶縁膜,配線層を形成することにより、本半導体装置のMOSトランジスタからなる保護回路は完成する。   Thereafter, the oxide film is removed by oxide film etching after a region to be a gate insulating film of the protection circuit is masked with a resist. Eventually, the gate oxide film 16 remains in the region of the gate insulating film 3 of the protection circuit. When the gate oxide film 3 is again grown to 30 nm on the upper layer, the gate oxide film 3 is laminated, and the film thickness becomes 45 nm. With this stacked structure, a gate oxide film having a thickness of 45 nm can be realized. Thereafter, as in the prior art, the gate electrode 4 and the like are processed to form a diffusion layer, an interlayer insulating film, and a wiring layer, thereby completing the protection circuit including the MOS transistor of the semiconductor device.

ポリシリコン電極は、約1020cm−3のリンがドーピングされており、そのW/L=300μm/5μmと大きい値となっている。次に半導体基板表面に各々ポリシリコン酸化膜5とシリコン酸化膜6が形成されている。ポリシリコン酸化膜5の膜厚は約40nmである。また、シリコン酸化膜6はゲート酸化膜3の膜厚との積層となるため、約40nmの膜厚となる。 The polysilicon electrode is doped with about 10 20 cm −3 of phosphorus and has a large value of W / L = 300 μm / 5 μm. Next, a polysilicon oxide film 5 and a silicon oxide film 6 are respectively formed on the surface of the semiconductor substrate. The thickness of the polysilicon oxide film 5 is about 40 nm. Further, since the silicon oxide film 6 is laminated with the film thickness of the gate oxide film 3, the film thickness is about 40 nm.

ポリシリコン酸化膜5およびシリコン酸化膜6上には層間絶縁CVD膜9が成長される。その膜厚は約50nmである。また、その上層にはBPSG膜10が形成され、半導体装置の平坦化と配線と半導体基板間の絶縁を行っている。   An interlayer insulating CVD film 9 is grown on the polysilicon oxide film 5 and the silicon oxide film 6. The film thickness is about 50 nm. Further, a BPSG film 10 is formed on the upper layer, and planarization of the semiconductor device and insulation between the wiring and the semiconductor substrate are performed.

ゲートの両端には、ソース・ドレイン領域となるn++型拡散領域8がp型ウエル2中に形成されている。その濃度は1020cm−3と高濃度である。このn++型拡散領域8とp型ウエル間の耐圧を確保するため濃度の低いn+型拡散領域7を高濃度n++型拡散領域8の周囲に位置させている。 At the both ends of the gate, n ++ type diffusion regions 8 serving as source / drain regions are formed in the p type well 2. The concentration is as high as 10 20 cm −3 . In order to secure a breakdown voltage between the n ++ type diffusion region 8 and the p type well, the low concentration n + type diffusion region 7 is positioned around the high concentration n ++ type diffusion region 8.

実施形態1によると、図5に示すように、n+型拡散領域7の注入量を変更して、保護回路の耐圧を確保する方法を採用することなく、積層のゲート酸化膜構造を導入することにより、図6に示すように、ゲート絶縁膜の実効膜厚を変更して、任意の耐圧の保護回路を実現することができ、保護回路耐圧設計の柔軟性を高めることができる。   According to the first embodiment, as shown in FIG. 5, a stacked gate oxide film structure is introduced without adopting a method of changing the implantation amount of the n + -type diffusion region 7 and ensuring the breakdown voltage of the protection circuit. As a result, as shown in FIG. 6, the effective thickness of the gate insulating film can be changed to realize a protection circuit having an arbitrary withstand voltage, and the protection circuit withstand voltage design flexibility can be increased.

なお、本実施形態において、ゲート酸化膜3を2層の積層酸化膜としたが、繰り返し積層して2層以上で構成するものであってもよい。   In this embodiment, the gate oxide film 3 is a two-layered oxide film. However, the gate oxide film 3 may be formed by repeatedly laminating two or more layers.

また、保護回路のMOSトランジスタのゲート酸化膜を複数層(例えば2層)で形成し、保護回路以外の回路のゲート酸化膜を、これよりも少ない数(例えば1層)の層で形成することにより、保護回路以外の回路の特性と、保護回路の耐圧特性を両立することができる。   Further, the gate oxide film of the MOS transistor of the protection circuit is formed by a plurality of layers (for example, two layers), and the gate oxide film of a circuit other than the protection circuit is formed by a smaller number of layers (for example, one layer). Thus, it is possible to achieve both the characteristics of the circuits other than the protection circuit and the breakdown voltage characteristics of the protection circuit.

(実施形態2)
図2は本発明の実施形態2を説明するための半導体装置の断面図であって、実施形態2は実施形態1とは、ゲート絶縁膜が、ゲート酸化膜16とゲート酸化膜3の積層酸化膜とシリコン窒化膜17の積層ゲート絶縁膜とから構成されている点で異なっている。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device for explaining the second embodiment of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment in that the gate insulating film is a stacked oxide of the gate oxide film 16 and the gate oxide film 3. This is different in that it is composed of a film and a laminated gate insulating film of the silicon nitride film 17.

前記積層ゲート絶縁膜は、最初に半導体基板全面に熱酸化を20nm成長した後、保護回路のゲート絶縁膜となる領域をレジストによりマスキングした後、酸化膜エッチングで除去することにより、保護回路のゲート絶縁膜の領域にゲート酸化膜16として残ることになる。その上層に改めてゲート酸化膜3を30nm成長することによってゲート酸化膜が積層となる。その膜厚は45nmとなる。さらに、その上層に減圧CVD法によってシリコン窒化膜17を20nmを成長することにより、下地積層酸化膜の膜厚45nmを含めて、ゲート絶縁膜全体の電気的SiO換算膜厚は55nmとなる。 The laminated gate insulating film is first grown by thermal oxidation on the entire surface of the semiconductor substrate to a thickness of 20 nm, a region to be a gate insulating film of the protective circuit is masked with a resist, and then removed by oxide film etching, thereby removing the gate of the protective circuit. The gate oxide film 16 remains in the insulating film region. A gate oxide film is laminated by growing a 30 nm thick gate oxide film 3 on the upper layer. The film thickness is 45 nm. Further, by growing the silicon nitride film 17 to a thickness of 20 nm on the upper layer by the low pressure CVD method, the electric SiO 2 equivalent film thickness of the entire gate insulating film including the film thickness of 45 nm of the underlying laminated oxide film becomes 55 nm.

実施形態2によると、下層酸化膜に加え、その上層にシリコン窒化膜を成長することが可能となるため、電気的SiO換算膜厚の厚いゲート絶縁膜を実現することが容易にできるため、保護回路の耐圧設計の選択範囲が広がる(図6参照)。 According to the second embodiment, since it is possible to grow a silicon nitride film on the upper layer in addition to the lower oxide film, it is possible to easily realize a thick gate insulating film with an equivalent SiO 2 thickness. The selection range of the withstand voltage design of the protection circuit is expanded (see FIG. 6).

(実施形態3)
図3は本発明の実施形態3を説明するための半導体装置の断面図であって、実施形態3は実施形態1とは、ゲート絶縁膜が、ゲート酸化膜16とゲート酸化膜3の積層酸化膜とシリコン窒化膜17、およびシリコン窒化酸化膜18の積層ゲート絶縁膜とから構成されている点が異なっている。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor device for explaining the third embodiment of the present invention. The third embodiment is different from the first embodiment in that the gate insulating film is a stacked oxide of the gate oxide film 16 and the gate oxide film 3. The difference is that the film is composed of a laminated gate insulating film of a silicon nitride film 17 and a silicon nitride oxide film 18.

積層ゲート絶縁膜は、最初に半導体基板全面に熱酸化膜16を20nm成長した後、保護回路のゲート絶縁膜となる領域をレジストによりマスキングした後、酸化膜エッチングで除去することにより、保護回路のゲート絶縁膜の領域にゲート酸化膜16として残ることになる。その上層に改めてゲート酸化膜3を30nm成長することにより、ゲート酸化膜は積層となる。その膜厚は45nmとなる。さらに、その上層に減圧CVD法でシリコン窒化膜17を20nmを成長する。次に、半導体基板全体を熱酸化させることによって、シリコン窒化酸化膜18を約2nm成長させる。下地積層酸化膜の膜厚45nmを含め、ゲート絶縁膜全体の電気的SiO換算膜厚は57nmとなる。例えば下地積層酸化膜の膜厚45nmとシリコン窒化膜17の膜厚20nmを含め、ゲート絶縁膜全体の電気SiO換算膜厚は57nmとなる。 The laminated gate insulating film is formed by first growing a thermal oxide film 16 on the entire surface of the semiconductor substrate to a thickness of 20 nm, masking a region to be a gate insulating film of the protective circuit with a resist, and then removing the oxide film by etching the oxide film. The gate oxide film 16 remains in the gate insulating film region. When the gate oxide film 3 is again grown to 30 nm on the upper layer, the gate oxide film is laminated. The film thickness is 45 nm. Further, a 20 nm thick silicon nitride film 17 is grown thereon by a low pressure CVD method. Next, by thermally oxidizing the entire semiconductor substrate, the silicon oxynitride film 18 is grown by about 2 nm. The electrical SiO 2 equivalent film thickness of the entire gate insulating film including the film thickness of 45 nm of the underlying laminated oxide film is 57 nm. For example, the electric SiO 2 equivalent film thickness of the entire gate insulating film is 57 nm including the film thickness of 45 nm of the underlying laminated oxide film and the film thickness of 20 nm of the silicon nitride film 17.

実施形態3によると、電気的SiO換算膜厚が2nm厚くなることによって、より厚いゲート絶縁膜を実現することができるため、保護回路の耐圧設計の選択の範囲が広がる(図6参照)。 According to the third embodiment, the thicker gate insulating film can be realized by increasing the electrical SiO 2 equivalent film thickness by 2 nm, so that the selection range of the withstand voltage design of the protection circuit is widened (see FIG. 6).

本発明は、半導体装置の保護回路の高耐圧化、および耐圧の設計自由度を向上させるのに有用である。   The present invention is useful for increasing the breakdown voltage of a protection circuit of a semiconductor device and improving the degree of freedom in design of the breakdown voltage.

本発明の実施形態1を説明するための半導体装置の断面図Sectional drawing of the semiconductor device for describing Embodiment 1 of this invention 本発明の実施形態2を説明するための半導体装置の断面図Sectional drawing of the semiconductor device for describing Embodiment 2 of this invention 本発明の実施形態3を説明するための半導体装置の断面図Sectional drawing of the semiconductor device for describing Embodiment 3 of this invention 従来の半導体装置を示す断面図Sectional view showing a conventional semiconductor device 保護回路耐圧のn+型拡散層注入量依存性を説明するための図The figure for demonstrating the n + type diffused layer injection amount dependence of a protection circuit breakdown voltage 保護回路耐圧のゲート絶縁膜膜厚依存性を説明するための図Diagram for explaining the dependency of the protection circuit withstand voltage on the thickness of the gate insulating film

符号の説明Explanation of symbols

1 n型半導体基板
2 p型ウエル
3 ゲート酸化膜
4 ゲート電極
5 ポリシリコン酸化膜
6 シリコン酸化膜
7 n+型拡散領域
8 n++型拡散領域
9 層間絶縁CVD膜
10 BPSG膜
11 密着層
12 タングステン埋め込み層
13 アルミニウム配線
14 コンタクト窓
15 保護膜
16 ゲート酸化膜
17 シリコン窒化膜
18 シリコン窒化酸化膜
1 n-type semiconductor substrate 2 p-type well 3 gate oxide film 4 gate electrode 5 polysilicon oxide film 6 silicon oxide film 7 n + type diffusion region 8 n ++ type diffusion region 9 interlayer insulating CVD film 10 BPSG film 11 adhesion layer 12 Tungsten buried layer 13 Aluminum wiring 14 Contact window 15 Protective film 16 Gate oxide film 17 Silicon nitride film 18 Silicon nitride oxide film

Claims (6)

MOS型トランジスタを有する保護回路を備えた半導体装置の製造方法であって、前記MOS型トランジスタを製造する工程において、
一導電型の半導体基板上に第1の酸化膜を形成する工程と、
前記第1の酸化膜の所定領域以外の第1の酸化膜を除去する工程と、
前記所定領域を含む前記半導体基板上に第2の酸化膜を形成する工程と、
前記所定領域の第1の酸化膜および第2の酸化膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を挟む両側の前記半導体基板内に逆導電型の拡散層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device including a protection circuit having a MOS transistor, wherein the MOS transistor is manufactured in a process,
Forming a first oxide film on a semiconductor substrate of one conductivity type;
Removing a first oxide film other than a predetermined region of the first oxide film;
Forming a second oxide film on the semiconductor substrate including the predetermined region;
Forming a gate electrode on the first oxide film and the second oxide film in the predetermined region;
Forming a reverse conductivity type diffusion layer in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode; and
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
MOS型トランジスタを有する保護回路を備えた半導体装置の製造方法であって、前記MOS型トランジスタを製造する工程において、
一導電型の半導体基板上に第1の酸化膜を形成する工程と、
前記第1の酸化膜の所定領域以外の第1の酸化膜を除去する工程と、
前記所定領域を含む前記半導体基板上に第2の酸化膜を形成する工程と、
前記所定領域の第2の酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を挟む両側の前記半導体基板内に逆導電型の拡散層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device including a protection circuit having a MOS transistor, wherein the MOS transistor is manufactured in a process,
Forming a first oxide film on a semiconductor substrate of one conductivity type;
Removing a first oxide film other than a predetermined region of the first oxide film;
Forming a second oxide film on the semiconductor substrate including the predetermined region;
Forming a silicon nitride film on the second oxide film in the predetermined region;
Forming a gate electrode on the silicon nitride film;
Forming a reverse conductivity type diffusion layer in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode; and
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
MOS型トランジスタを有する保護回路を備えた半導体装置の製造方法であって、前記MOS型トランジスタを製造する工程において、
一導電型の半導体基板上に第1の酸化膜を形成する工程と、
前記第1の酸化膜の所定領域以外の第1の酸化膜を除去する工程と、
前記所定領域を含む前記半導体基板上に第2の酸化膜を形成する工程と、
前記所定領域の第2の酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上に第3の酸化膜を形成する工程と、
前記第3の酸化膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を挟む両側の前記半導体基板内に逆導電型の拡散層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device including a protection circuit having a MOS transistor, wherein the MOS transistor is manufactured in a process,
Forming a first oxide film on a semiconductor substrate of one conductivity type;
Removing a first oxide film other than a predetermined region of the first oxide film;
Forming a second oxide film on the semiconductor substrate including the predetermined region;
Forming a silicon nitride film on the second oxide film in the predetermined region;
Forming a third oxide film on the silicon nitride film;
Forming a gate electrode on the third oxide film;
Forming a reverse conductivity type diffusion layer in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode; and
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
MOS型トランジスタを有する保護回路を備えた半導体装置であって、前記MOS型トランジスタは、
一導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上の所定領域に形成された第1の酸化膜と、
前記所定領域を含む前記半導体基板上に形成された第2の酸化膜と、
前記所定領域の第1の酸化膜および第2の酸化膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を挟む両側の前記半導体基板内に形成される逆導電型の拡散層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device including a protection circuit having a MOS transistor, wherein the MOS transistor is
A semiconductor substrate of one conductivity type;
A first oxide film formed in a predetermined region on the semiconductor substrate;
A second oxide film formed on the semiconductor substrate including the predetermined region;
A gate electrode formed on the first oxide film and the second oxide film in the predetermined region;
A reverse conductivity type diffusion layer formed in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode;
A semiconductor device comprising:
MOS型トランジスタを有する保護回路を備えた半導体装置であって、前記MOS型トランジスタは、
一導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上の所定領域に形成された第1の酸化膜と、
前記所定領域を含む前記半導体基板上に形成された第2の酸化膜と、
前記所定領域の第2の酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜と、
前記シリコン窒化膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を挟む両側の前記半導体基板内に形成される逆導電型の拡散層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device including a protection circuit having a MOS transistor, wherein the MOS transistor is
A semiconductor substrate of one conductivity type;
A first oxide film formed in a predetermined region on the semiconductor substrate;
A second oxide film formed on the semiconductor substrate including the predetermined region;
A silicon nitride film formed on the second oxide film in the predetermined region;
A gate electrode formed on the silicon nitride film;
A reverse conductivity type diffusion layer formed in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode;
A semiconductor device comprising:
MOS型トランジスタを有する保護回路を備えた半導体装置であって、前記MOS型トランジスタは、
一導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上の所定領域に形成された第1の酸化膜と、
前記所定領域を含む前記半導体基板上に形成された第2の酸化膜と、
前記所定領域の第2の酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜と、
前記シリコン窒化膜上に形成された第3の酸化膜と、
前記第3の酸化膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を挟む両側の前記半導体基板内に形成される逆導電型の拡散層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device including a protection circuit having a MOS transistor, wherein the MOS transistor is
A semiconductor substrate of one conductivity type;
A first oxide film formed in a predetermined region on the semiconductor substrate;
A second oxide film formed on the semiconductor substrate including the predetermined region;
A silicon nitride film formed on the second oxide film in the predetermined region;
A third oxide film formed on the silicon nitride film;
A gate electrode formed on the third oxide film;
A reverse conductivity type diffusion layer formed in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode;
A semiconductor device comprising:
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04137562A (en) * 1990-09-28 1992-05-12 Toshiba Corp Semiconductor device and its manufacture
JPH04365373A (en) * 1991-06-13 1992-12-17 Nec Corp Semiconductor intrgtrated circuit device
JPH0831948A (en) * 1994-07-15 1996-02-02 Nippondenso Co Ltd Semiconductor integrated circuit device
JPH10107156A (en) * 1996-09-27 1998-04-24 Nittetsu Semiconductor Kk Semiconductor device
JP2002009169A (en) * 2000-06-20 2002-01-11 Nec Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP2002110812A (en) * 2000-09-29 2002-04-12 Toshiba Corp Semiconductor device and its manufacturing method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04137562A (en) * 1990-09-28 1992-05-12 Toshiba Corp Semiconductor device and its manufacture
JPH04365373A (en) * 1991-06-13 1992-12-17 Nec Corp Semiconductor intrgtrated circuit device
JPH0831948A (en) * 1994-07-15 1996-02-02 Nippondenso Co Ltd Semiconductor integrated circuit device
JPH10107156A (en) * 1996-09-27 1998-04-24 Nittetsu Semiconductor Kk Semiconductor device
JP2002009169A (en) * 2000-06-20 2002-01-11 Nec Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP2002110812A (en) * 2000-09-29 2002-04-12 Toshiba Corp Semiconductor device and its manufacturing method

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